柔性电子器件实现“乐高式”组装

  中化新网讯 中国科学院深圳先进技术研究院研究员刘志远、新加坡南洋理工大学教授陈晓东等摒弃用“商业胶水”组装柔性电子器件的思路,开发出一种基于双连续纳米分散网络的BIND界面,作为柔性电子器件中柔性模块、刚性模块以及封装模块的通用接口,只需要按压10秒钟,就可以实现“乐高式”的高效稳定组装。该成果2月15日发表于国际顶级期刊《Nature》。

  据介绍,柔性电子器件是人机接口技术的关键核心和先导基础。近年来,柔性电子器件在人体健康监测、分析等生物医学工程领域展现出广泛的应用前景。但在柔性电子器件的组装中,用于连接不同模块的商用导电胶容易变形、断裂,使得接口不稳定性成为该领域内长期存在的难题,阻碍了整个器件的拉伸性和信号质量。

  刘志远等研究人员偶然发现,在特定的制备条件下,基于SEBS嵌段聚合物和黄金纳米颗粒的柔性界面(BIND界面),面对面贴合时有“魔术贴”式的电气与机械双重黏合特性。这种柔性界面能够作为柔性模块之间的接口,就像天然的“魔术贴”一样,能够将不同功能的柔性传感器稳定地黏合在一起,从而实现柔性模块与柔性模块之间的高效连接。

  除了柔性传感模块之外,柔性电子器件还需要一起组装刚性模块、封装模块等。但想要将这些不同的模块完整地组装在一起并发挥柔性电子器件的功能并非易事,特别是柔性模块与刚性模块之间的连接,它们的接口机械性能匹配度最低,受到的应力集中和破坏程度也最高。

  于是,他们采用OTS修饰等方法将BIND界面制备在硬质模块上,让硬质模块能够高效连接另一个有BIND界面的柔性模块。

  “这种方法的普适性很强,就像‘拼乐高’一样,任何带有BIND接口的模块,只要面对面按压在一起,就可以把柔性电子器件更灵活、更高效地组装在一起。”研究人员介绍说。

  为了验证这一新型接口在智能柔性医疗器件中的实际应用,联合团队制备了使用该接口组装的植入式神经调控传感系统,使用体表多通道电生理信号传感系统采集电生理信号。实验表明,采用新型接口的柔性医疗器件能高精度、高保真、抗干扰地监测体内外不同器官,比商用导电胶组装的系统信号质量大幅度提升。

  据介绍,采用BIND界面的柔性模块接口,导电拉伸率可达180%,机械拉伸率可达600%,远高于采用商用导电胶连接的普通接口;对于硬质模块接口,导电拉伸率达到200%,能适用于聚酰亚胺、玻璃、金属等多种硬质材料。

  研究团队接下来将从生物医学、分子动力学、有机合成等领域出发,继续研发下一代新型医疗器件的智能传感材料,打造智能化、柔性化、交互式的人机接口传感器件,应用于神经康复机器人及系统。


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